ARDUINO

ARDUINO
DOSSIER RESSOURCE
POUR LA CLASSE
Sommaire
1. Présentation
2. Exemple d’apprentissage
3. Lexique de termes anglais
4. Reconnaître les composants
5. Rendre Arduino autonome
6. Les signaux d’entrée et de sortie
7. Câblage des composants
Arduino, qu’est-ce ?
Une communauté
qui échange
http://arduino.cc/
Une carte électronique
Un environnement
de programmation
Arduino, une philosophie
Le matériel est « open source » :
• On peut le copier, le fabriquer et le modifier librement.
Le logiciel est libre :
• On peu l’utiliser et le modifier librement.
Sur l’internet, on trouve :
• Une communauté d’utilisateurs.
• Des guides d’utilisation.
• Des exemples.
• Des forums d’entraide.
Arduino, la carte électronique
LED de test de
la broche 13
Entrées/sorties
numériques
Port USB :
LED témoin de
mise sous
tension
Transport des
données et
alimentation
Bouton de
remise à zéro
LED de
transmission/
réception
Microcontrôleur
Permet de
connecter une
alimentation
Broches
d’alimentation
Entrées Analogiques
Arduino, le logiciel de
programmation
Icône présente
sur le bureau
Chemin d’accès des programmes : D: /Espace élève/Ressources/Quatrième/Programmes Arduino
Arduino, structure d’un programme
Arduino, le principe
de fonctionnement
1. On conçoit ou on ouvre un programme existant avec le logiciel Arduino.
2. On vérifie ce programme avec le logiciel Arduino (compilation).
3. Si des erreurs sont signalées, on modifie le programme.
4. On charge le programme sur la carte.
5. On câble le montage électronique.
6. L’exécution de programme est automatique après quelques secondes.
7. On alimente la carte soit par le port USB, soit par une source d’alimentation
8. autonome (pile 9 volts par exemple).
9. On vérifie que notre montage fonctionne.
Plaque d’essai
La plaque d’essai sans soudure nous permet de réaliser rapidement un montage
électronique en insérant les pattes des composants et les fils dans les trous.
Les lettres repèrent
les colonnes et les
nombres repèrent
les lignes
Les trous de la
colonne « + » sont
reliés et les trous
de la colonne « - »
sont reliés.
Ces colonnes sont
dédiées à
l’alimentation du
circuit.
Chaque ligne
numérotée relie 5
trous
Les trous ne sont
pas reliés en
colonne.
Exemple d’apprentissage :
allumer une LED
Une LED est polarisée
Une résistance n’a pas de sens imposé
Sens du courant électrique
Résistance
de 330 ohms
(orange, orange, marron)
330
Méplat
Schéma de câblage
Schéma normalisé
Montage d’essai
Pour éteindre la LED, il faut ouvrir le circuit à l’aide d’un interrupteur.
Exemple d’apprentissage :
faire clignoter une LED
330 ohms
(orange, orange, marron)
Exemple d’apprentissage :
faire clignoter une LED
Etape 1 : lancer le logiciel Arduino
Etape 2 : ouvrir le programme « Clignoter LED »
Etape 3 : compiler le programme
Etape 4 : si il n’y a pas d’erreurs, brancher
la carte Arduino avec le cordon USB
Etape 5 : charger le programme dans la carte Arduino
Exemple d’apprentissage :
faire clignoter une LED
Etape 1 : allumer une LED
Lexique de termes anglais
ANALOG : Analogique.
AREF : Abréviation pour Analog REFérence, référence analogique.
AVAILABLE : Disponible.
BEGIN : Début.
BIT : bit, unité d'information informatique pouvant prendre soit la valeur 0 soit la valeur 1.
BUFFER : Tampon, dans le sens de "zone tampon". Mémoire temporaire
BYTE : Octet, soit un groupe de 8 bits.
bps : Abréviation pour Bits Per Second, Bits Par Seconde. Attention, abréviation toujours en minuscules.
BREADBOARD: plaque d’expérimentation
CAPACITOR: condensateur
CHAR : Pour CHARacter, caractère (typographique). Type de variable d'une taille d'un octet. C'est un synonyme
de "byte" utilisé pour déclarer des variables stockant un caractère ou des chaines de caractères.
DEFINE : Définit.
DIGITAL : Numérique.
DO : Faire.
FALSE : Faux.
FOR : Pour. Jusqu'à ce que.
GND : Abréviation pour GrouND, la terre. C'est la masse, 0 Volt.
HIGH : Haut.
ICSP : Abréviation pour In Cicuit Serial Programming, programmation série sur circuit.
IF / THEN/ ELSE : Si / Alors / Sinon.
IN : Souvent l'abréviation pour INput, Entrée. Est toujours en rapport avec le sens extérieur vers carte Arduino.
INCLUDE : Inclut.
INPUT : Entrée.
Lexique de termes anglais
IS : Est (souvent dans le sens d'une question : Est ?).
INT : Abréviation pour INTeger, entier. Groupe de 16 bits, 2 octets groupés,
considérés comme représentant un nombre entier négatif ou positif.
LONG : Abréviation pour "entier long". Groupe de 32 bits, 4 octets groupés,
considérés comme représentant un nombre entier négatif ou positif.
LOOP : Boucle.
LOW : Bas.
OUT : Souvent l'abréviation pour OUTput, Sortie.
Est toujours en rapport avec le sens carte Arduino vers extérieur.
OUTPUT : Sortie.
PIN : Broche.
POWER : Puissance, alimentation.
PWM : Abréviation de (Pulse Width Modulation),
soit Modulation en Largeur d'Impulsion.
PWR : Abréviation pour PoWeR, puissance, alimentation.
Lexique de termes anglais
READ: Lire.
RESISTOR: résistance.
RELAY: relais.
RX : Abréviation pour Receive, réception.
SERIAL : Série.
SETUP : Initialisation.
SENSOR: capteur
SWITCH : basculer, interrupteur
TRUE : Vrai.
TX: Abréviation pour Transmit, transmission.
WIRE: câble, fil.
WHILE : Tant que.
WORD : mot, soit dans le sens de langage ;
soit dans le sens d'un groupe de 16 bits,
2 octets groupés considérés comme représentant un nombre entier positif (>= 0).
WRITE: Ecrire.
Reconnaître les composants
Reconnaître les composants
Reconnaître les composants
Reconnaître les composants
Rendre Arduino autonome
Lorsque la carte Arduino est connectée au port USB de l’ordinateur, celui lui fournie l’énergie électrique
nécessaire à son fonctionnement.
Une fois le programme chargé, on peu débrancher le cordon USB et connecter la carte soit à une pile,
soit à un transformateur.
Une pile 9 volst et un connecteur de 2,1 mm
Avec le « + » au centre.
Un transformateur qui convertie
la tension du secteur en une
tension continue(DC) 9 volts et un
connecteur de 2,1 mm
avec le « + » au centre.
Entrée/Sortie numérique
La carte Arduino possède 14 entrées / sorties numériques (digital en anglais) D0 à D13.
Dans « void setup », il faut déclarer une broche comme une entrée ou comme une sortie par une des deux
instructions suivantes :
pinMode (nom_de_broche, INPUT) ; // broche en entrée
pinMode (nom_de_broche, OUTPUT) ; // broche en sortie
En sortie, on envoie soit 5V sur la broche, soit 0V. Cela correspond à un « 1 » ou à un « 0 »,
à un niveau « haut » ou à un niveau « bas ».
Dans le programme cela correspond aux instructions suivantes :
digitalWrite(nom_de_broche, HIGH) ; // envoie 5V sur la broche soit « 1 ».
digitalWrite(nom_de_broche, LOW) ; // envoie 0V sur la broche soit « 0 ».
High ou « 1 » ou 5V
LED
LED
éteinte allumée
Low ou « 0 » ou 0V
En entrée, la carte peut lire soit un niveau haut (« 1 » ou HIGH),
soit un niveau bas (« 0 » ou LOW).
Dans le programme cela correspond aux instructions suivantes :
digitalWrite(nom_de_broche, HIGH) ; // lit 5V sur la broche soit « 1 ».
digitalWrite(nom_de_broche, LOW) ; // lit 0V sur la broche soit « 0 ».
LED
éteinte
LED
allumée
LED
éteinte
temps
Signal numérique : signal qui ne prend
que deux états distinct comme 0V et 5V
soit « 0 » et « 1 ».
Les entrées analogiques
Contrairement au signal numérique qui ne peut prendre que deux états différents,
Un signal analogique peut prendre une infinité de valeurs. Comme une tension
que l’on fait varier progressivement de 0V à 5V.
La carte Arduino fonctionne en numérique, le microcontrôleur ne comprend que
les « 0 » et les « 1 ». Les entrées de A0 à A5 sont dotées de convertisseurs
analogique/numérique qui convertit une tension en une suite de « 0 » et de «1 »
que la carte fait correspondre à un nombre variant de 0 à 1023.
On peut ainsi récupérer les informations d’un capteur.
0.06V
Tension d’entrée :
0V
2.5V
0.04V
5V
Nombre lu à utiliser dans le programme :
0
512
1023
0.02V
0V
000 001
0
1
010 011 (valeur binaire)
2 3 (nombre correspondant)
Câbler un interrupteur
Lorsque l’interrupteur est ouvert, l’entrée de la carte lit
un niveau bas ou LOW.
Lorsque l’interrupteur est fermé, l’entrée lit
un niveau haut ou HIGH.
Donc, si on appuie sur un bouton poussoir ainsi câblé,
la carte lira un « 1 » soit HIGH. Si on relâche le bouton
poussoir, la carte lira un « 0 » soit LOW.
Exemple de programmation
void set up()
{
pinMode(inter, INPUT);
}
loop ()
{
int valinter = 0; // on crée une variable valinter pour lire l’état de l’interrupteur
valinter = digitalRead(inter); // on lit la valeur de l’interrupteur (LOW ou HIGH)
if (valinter == LOW) // Si valinter égale LOW, faireW.
{instructions}
else // sinon, faireW.
{instructions}
}
entrée
Câbler un potentiomètre
Lorsque l’on tourne le potentiomètre, on fait varier
la tension mesurée entre 0V et 5V.
Si on connecte le point de mesure sur un entrée analogique,
la valeur enregistrée variera entre 0 et 1023.
On peut enregistrer cette valeur et l’utiliser pour piloter une led ou un moteur.
Il faut connecter la patte du milieu
à une entrée analogique (A0 à A5)
Câbler une photorésistance
La mesure se fait sur entrée analogique. La résistance de la photorésistance
diminue lorsque la lumière augmente.
On peut utiliser le même programme que celui du potentiomètre.
Câbler un buzzer
Le buzzer se câble sur une sortie numérique. On lui envoie alors un signal
périodique dont on fait varier la fréquence en fonction de la note que l’on désire
jouer. Exemple : le LA est un signal d’une fréquence f de 440 Hertz soit un
signal qui varie 440 fois par seconde.
(V)
f = 1/T ; T=1/f ; f : fréquence; T : période.
5V
0V
Période T
(temps)
Câbler un buzzer piezzo
en capteur de frappe
L’entrée analogique 0 mesure la tension produite par le buzzer lorsqu’il vibre.
Le buzzer fonctionne alors comme un microphone. Plus il vibre, plus la tension
mesurée est grande.
A utiliser avec le programme « piezzo_capteur_de_frappe ».
La diode zener est optionnelle.
Câbler un servomoteur
On câble le servomoteur sur une des sortie numérique PWM.
Les sorties numériques PWM sont : D11, D10, D9, D6, D5.
On envoie un signal que l’on fait varier en fonction du sens
et de la position désirée.
Un sous programme appelé servo.h doit être inclus dans
le programme. Il est alors facile de le commander.
Le fil noir est connecté au 0V ou Gnd.
Le fil rouge est connecté au 5V.
Le fil jaune ou blanc est connecté à
une sortie numérique PWM.
Câbler un moteur à courant continu
On utilise un transistor pour piloter le
moteur.
Comme pour le buzzer, on envoie un
signal dont la fréquence varie en fonction
de la vitesse désirée.
La diode dite « de roue libre » permet
d’évacuer le courant créer lorsque le
moteur ralentie alors qu’il
n’est plus alimenter.
La tension d’alimentation du moteur peut
être différente, 9V par exemple.
Câbler un moteur à courant continu
avec le circuit intégré L293D
Le circuit intégré L293D nous permet de piloter 2 moteurs à courant continu.
La broche 1 à l’état haut permet de démarrer le moteur, à l’état bas l’éteint.
Les entrées input1 et input 2 permettent de choisir le sens de rotation
du moteur selon les niveaux logique envoyés :
L293
Input1
L293
input2
Sens
du moteur
«1»
«0»
horaire
«0»
«1»
antihoraire
Arduino D9
Arduino 5V
Arduino D6
Moteur
Arduino Gnd
Arduino Gnd
Moteur
Arduino D7
Arduino 5V
circuit intégré (CI), aussi appelé puce électronique, est un composant électronique reproduisant une ou plusieurs fonctions électroniques plus ou moins complexes, intégrant souvent plusieurs
types de composants électroniques de base dans un volume réduit, rendant le circuit facile à mettre en œuvre. Il existe une très grande variété de ces composants divisés en deux grandes
catégories : analogique et numérique."
Câbler une barrière infrarouge
5V
La L.E.D. infrarouge émettrice (L934) émet une lumière visible
au travers d’un appareil photo numérique.
La tension aux bornes de la L.E.D. réceptrice varie en fonction
de la distance par rapport à la L.E.D. émettrice. Cette tension est
maximale lorsque un objet coupe le faisceau lumineux.
5V
R = 120 ohms
marron rouge marron
Pin A2
L 934
L 932
Lorsque le faisceau lumineux est coupé, la broche analogique A2
enregistre le chiffre 1023, sinon elle enregistre un chiffre en fonction de
la distance qui sépare les L.E.D..
d (cm)
0
1
Valeur en A2
319
450
2
727
d
3
4
5
6
885
950
980
990
Exemple de programme associé au montage
int led = 2;
Int lecture = 0;
void setup()
{}
void loop ()
{
lecture=analogRead(led);
If (lecture>=1000)
{
ACTION
}
else
{ ACTION }
}
//la led réceptrice est sur la broche analogique 2
// variable qui stocke la valeur lue sur A2
// se répète en boucle
//lecture de la valeur lue
// comparaison de la valeur lue au seuil de détection
// si > ou = faire
// sinon faire
Attention : les deux L.E.D. sont
identiques en apparence.
Câbler un capteur de température
La tension mesurée sur l’entrée analogique varie en fonction de la température.
Le programme « temperature_led » permet de l’utiliser.
Sources et ressources
http://www.pobot.org/
http://www.interface-z.com/
http://www.ladyada.net/learn/arduino/
http://www.arduino.cc/
Le site officiel